楊衍云

(中石化勝利石油管理局鉆井工藝研究院，山東東營257017)

0 引言

哈深斜1井地理位置位于新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市烏爾禾區(qū)西北部，構(gòu)造位置位于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起哈山山前構(gòu)造帶前緣沖斷帶。本井區(qū)地層由南東向北西逐漸抬高，形成單傾的斜坡特征，受南西－北東向逆斷層的影響，井區(qū)發(fā)育南西－北東走向的正、逆斷層，井區(qū)內(nèi)斷層、骨架砂體和不整合面構(gòu)成了油氣運(yùn)移的良好通道網(wǎng)絡(luò)，成藏條件優(yōu)越。

鄰區(qū)發(fā)現(xiàn)了百口泉、烏爾禾、風(fēng)城、夏子街4個(gè)油田，截至到2009年底，共上報(bào)探明地質(zhì)儲(chǔ)量3.77×104萬t，從側(cè)面反映出本區(qū)塊具有較好的油氣地質(zhì)條件。2011年勝利油田在本井區(qū)部署鉆探的哈淺1、哈淺6等多口井在白堊系、侏羅系、石炭系等地層獲得成功，進(jìn)一步證實(shí)了本區(qū)為油氣聚集的有利部位。因此，2012年勝利油田部署風(fēng)險(xiǎn)預(yù)探井哈深斜1井，主要目的是利用定向井技術(shù)鉆探不整合面下的多套目的層，了解哈山前緣沖斷帶二疊系烏爾禾組、夏子街組和風(fēng)城組的含油氣情況，拓寬勝利油田在哈山山前構(gòu)造帶的勘探規(guī)模。

1 地質(zhì)情況及技術(shù)難點(diǎn)

1.1 地質(zhì)情況

預(yù)計(jì)本井自上而下將鉆遇白堊系，侏羅系八道灣組，三疊系百口泉組，二疊系烏爾禾組、夏子街組和風(fēng)城組。從鄰井實(shí)鉆情況來看，縱向上壓力分布為常壓－高壓系統(tǒng)，其中白堊系、侏羅系、三疊系以及二疊系烏爾禾組、夏子街組地層壓力為常壓系統(tǒng)，鄰井風(fēng)城1井二疊系風(fēng)城組實(shí)測(cè)壓力系數(shù)高達(dá)1.72，實(shí)際使用鉆井液密度為1.70 g/cm3，有可能存在高壓甚至異常高壓。本井所鉆地層的傾斜角較大約10°～40°，特別是二疊系夏子街組地層傾角最大，達(dá)到40°，地層傾向?yàn)?55°～170°。三疊系及以上地層主要是泥巖，八道灣組地層夾黑色煤層，二疊系烏爾禾組和夏子街組以砂礫巖為主，風(fēng)城組則為云質(zhì)巖地層。

1.2 技術(shù)難點(diǎn)

(1)井眼控制難度大。上部八道灣組泥巖及煤層易縮徑坍塌;下部地層的可鉆性差、機(jī)械鉆速低、周期長，井眼長時(shí)間浸泡易出現(xiàn)井壁垮塌擴(kuò)徑現(xiàn)象;烏爾禾組及以下地層傾角較大，井眼軌跡極易偏離設(shè)計(jì)軌道。

(2)井涌。地表淺層水活躍，而且風(fēng)城組有可能存在異常高壓，二者都容易引起井涌。

(3)井漏。鄰井在八道灣組、烏爾禾組和風(fēng)城組都發(fā)生了不同程度的漏失，并且本井在烏爾禾組鉆遇一套斷層，發(fā)生漏失的可能性較大。

(4)涌漏并存。夏子街組、風(fēng)城組等下部地層的地層破裂壓力低，若鉆遇高壓層，則使鉆井液密度窗口窄，出現(xiàn)涌漏并存的復(fù)雜情況。

(5)斷層面附近地層易破碎。軌道沿?cái)鄬用孀?，斷層面附近地層可能破碎，?yīng)加強(qiáng)封堵，防碰撞、掉塊。

(6)固井質(zhì)量難以保證。二開長封固段固井，固井施工時(shí)易漏;而且，風(fēng)城組可能存在高壓層，三開固井過程中存在高壓防竄難題。

2 鉆井工程優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 井眼軌道設(shè)計(jì)

本井是一口雙靶點(diǎn)定向井，設(shè)計(jì)垂深為4075.00 m，A靶垂深為2410.00 m，B靶垂深為4000.00 m，AB靶點(diǎn)間的方位角為349.70°，AB靶點(diǎn)間的水平位移為1397.54 m，穩(wěn)斜角為41.31°，穩(wěn)斜段為2497.60 m，井底水平位移為1743.95 m。為降低井眼軌跡控制難度，確保井眼規(guī)則平滑，采用“直 － 增 － 穩(wěn)”三段制軌道類型［1，2］，造斜率采用15°/100 m，井眼軌道設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 哈深斜1井井眼軌道設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鄰井的實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)見表2。從表2可以看出，風(fēng)城1井、風(fēng)城011井、風(fēng)南7井和烏35井的完鉆層位均為佳木河組，較本井完鉆層位深，另外2口井風(fēng)南3井和風(fēng)南5井的完鉆層位均在風(fēng)城組，與本井相同。其中風(fēng)城1井、風(fēng)城011井、風(fēng)南5井和風(fēng)南7井四口井的技術(shù)套管都下至風(fēng)城組，實(shí)鉆過程中均未發(fā)生復(fù)雜情況，風(fēng)南3井技術(shù)套管下至烏爾禾組底部，實(shí)鉆過程中也未發(fā)生復(fù)雜情況。而烏35井技術(shù)套管下深較淺，只下到烏爾禾組的上部，在后續(xù)鉆井過程中發(fā)生多次井漏、泥巖垮塌、電測(cè)遇阻等復(fù)雜情況;通過分析可以看出，為保證鉆進(jìn)施工安全，該井的技術(shù)套管應(yīng)該封過烏爾禾組地層。

為確保鉆井成功率、順利鉆達(dá)目的層，在鄰井實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮鄰井鉆遇的復(fù)雜情況和本井所鉆地層的特點(diǎn)及井眼軌道特點(diǎn)，對(duì)井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，采用導(dǎo)管+三開井身結(jié)構(gòu)：

(1)φ508 mm導(dǎo)管下深50 m，用水泥漿封固(返至地面)，封隔地表松散土層，建立井口，并為一開鉆進(jìn)創(chuàng)造條件;

表2 鄰井實(shí)鉆井身結(jié)構(gòu)

(2)一開使用 φ444.5 mm鉆頭鉆至581 m，φ339.7 mm表層套管下至580 m，封過侏羅系八道灣組地層，水泥漿返至地面，其目的是封固上部稠油層，防止鉆下部地層時(shí)間長污染上部儲(chǔ)層;

(3)二開使用 φ311.2 mm鉆頭鉆至2505 m，φ244.5 mm技術(shù)套管下至2503 m，原則上封過造斜段、封到A靶點(diǎn)，同時(shí)封過烏爾禾組油層，水泥漿返至地面;

(4)三開使用φ215.9 mm鉆頭鉆至設(shè)計(jì)井深完鉆，φ139.7 mm油層套管下至井底，水泥漿返至2300 m。井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表3。

表3 哈深斜1井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

2.3 鉆具組合及鉆井方式的選擇

2.3.1 鉆具組合的選擇

導(dǎo)管和一開均設(shè)計(jì)塔式鉆具組合［3］，采用防斜打直技術(shù)，保證井身質(zhì)量。

二開直井段設(shè)計(jì)鐘擺、塔式和垂直鉆井鉆具組合，并設(shè)計(jì)0.75°單彎動(dòng)力鉆具予以糾斜;造斜段設(shè)計(jì)1.25°單彎動(dòng)力鉆具。

二開穩(wěn)斜段和三開穩(wěn)斜段設(shè)計(jì)常規(guī)鉆具組合和復(fù)合鉆進(jìn)鉆具組合，同時(shí)設(shè)計(jì)高效牙輪和孕鑲金剛石鉆頭，配合復(fù)合鉆具提高機(jī)械鉆速［4］。

2.3.2 鉆井方式的選擇

導(dǎo)管、一開和二開均采用常規(guī)近平衡鉆井方式。

三開井段采用控壓鉆井［5］。風(fēng)城1井在風(fēng)城組鉆遇高壓層，鉆井液密度由1.18 g/cm3提至1.70 g/cm3左右，而且鄰井地層破裂壓力當(dāng)量鉆井液密度顯示夏子街組和風(fēng)城組地層承壓能力低，如果鉆遇高壓層，極易發(fā)生涌漏并存的復(fù)雜情況。因此，本井三開井段實(shí)施控壓鉆井，其目的主要是有效解決窄鉆井液密度窗口引起的非涌即漏等復(fù)雜情況以及加強(qiáng)溢流檢測(cè)，及早發(fā)現(xiàn)溢流，確保井控安全。在此基礎(chǔ)上，盡可能降低鉆井液密度，提高機(jī)械鉆速，起到提速增效的目的［6～8］。

2.4 鉆井液設(shè)計(jì)

2.4.1 鉆井液體系設(shè)計(jì)

從鄰井資料來看，鄰井使用的鉀鈣PRT聚磺體系在抑制封堵性、抗鹽侵、污染方面存在不足，造成了井壁垮塌嚴(yán)重、劃眼、阻、卡等井下復(fù)雜。所以本井設(shè)計(jì)抑制性聚合物封堵防塌體系，與鉀鈣PRT聚磺體系相比，具有強(qiáng)抑制性、封堵防塌和抗污染能力，并且已成功運(yùn)用在非常規(guī)井及北疆英2井等。各開次鉆井液體系設(shè)計(jì)見表4。

表4 各開次鉆井液體系

2.4.2 鉆井液維護(hù)技術(shù)措施

導(dǎo)管配漿開鉆，開鉆前預(yù)處理膨潤土漿。

一開地層鉆進(jìn)時(shí)補(bǔ)充高粘PAC將粘度提至40 s以上，鉆井液密度1.08～1.15 g/cm3。鉆完一開進(jìn)尺后，適當(dāng)提高鉆井液粘切，加入1%雙膜承壓劑，并配置5%稠漿封至一開井底，確保下套管順利［9］。

二開井段強(qiáng)化鉆井液的防塌性，選擇處理劑PAM、有機(jī)胺抑制劑、鋁基聚合物、乳化石蠟、超細(xì)碳酸鈣、無水聚合醇等，增強(qiáng)鉆井液體系的抑制性能和固壁能力。上部地層應(yīng)保持適當(dāng)高的粘切、足夠的排量，提高大井眼的攜帶能力，首先保證鉆進(jìn)時(shí)形成的較大砂巖鉆屑攜帶充分，同時(shí)維護(hù)良好的鉆井液流動(dòng)性來沖刷虛泥餅。定向前加入潤滑劑，確保鉆井液具有良好的潤滑性，防止鉆頭泥包或卡鉆。采用隨鉆封堵技術(shù)，滲漏嚴(yán)重時(shí)加入隨鉆堵漏劑或雙膜承壓劑;易漏砂巖地層，鉆井液中應(yīng)根據(jù)情況添加隨鉆堵漏劑、雙膜承壓劑，提高地層承壓能力，防止地層應(yīng)力坍塌。

三開井段預(yù)計(jì)有高壓層，高密度鉆井液可能導(dǎo)致漏失，應(yīng)提高封堵類處理劑用量，強(qiáng)化鉆井液封堵能力，提高地層承壓能力。鉆井液中應(yīng)保持1% ～3%隨鉆堵漏劑，根據(jù)情況添加超細(xì)碳酸鈣、非滲透類處理劑，進(jìn)一步提高地層承壓能力。適時(shí)補(bǔ)充添加液體潤滑劑或固體潤滑劑，防止因密度高，孔隙壓力低造成粘卡［10］。提高處理劑PAM、有機(jī)胺抑制劑、鋁基聚合物、乳化石蠟、超細(xì)碳酸鈣、無水聚合醇等在鉆井液體系中的加量，進(jìn)一步增強(qiáng)鉆井液體系的抑制性能和固壁能力。下部地層鉆進(jìn)調(diào)整API失水控制在3 mL以內(nèi)，高溫高壓失水控制在10 mL以內(nèi)，加入無水聚合醇，做好油氣層保護(hù)工作。

2.5 固井設(shè)計(jì)

2.5.1 水泥漿體系設(shè)計(jì)

針對(duì)二開長封固段固井易漏難題，采取漂珠低密度水泥漿體系，上部封固段0～1500 m設(shè)計(jì)密度1.50 g/cm3的漂珠水泥漿體系，下部封固段1500～2505 m設(shè)計(jì)密度1.90 g/cm3的常規(guī)水泥漿體系，并加入塑性纖維，防漏堵漏同時(shí)提高水泥石的韌性［11］。

2.5.2 主要技術(shù)措施

三開固井時(shí)，主要技術(shù)措施如下：

(1)采用加重隔離液提高頂替效率;

(2)采用塑性膨脹水泥漿體系［12］，加入晶格膨脹劑和塑性纖維，提高二界面膠結(jié)質(zhì)量，防止油氣竄;

(3)控制水泥漿自由水為0，失水量＜50 mL，確保固井質(zhì)量［13］。

3 結(jié)語

哈深斜1井上部八道灣組泥巖及煤層易縮徑坍塌;下部地層的可鉆性差、機(jī)械鉆速低、周期長，鉆井過程中井眼軌跡極易偏離設(shè)計(jì)軌道、容易發(fā)生井涌、井漏，固井過程中存在高壓防竄難題，固井質(zhì)量難以保證。作為一口風(fēng)險(xiǎn)預(yù)探井，可借鑒的鄰井實(shí)鉆資料少，地層巖性、地層壓力及層段變化的不確定性因素相對(duì)較大，為了確保鉆井工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性、先進(jìn)性、針對(duì)性和經(jīng)濟(jì)性，從井眼軌道、井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合及鉆井方式、鉆井液和固井等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可確保該井的順利施工，為該地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)探井鉆井工程設(shè)計(jì)與施工提供指導(dǎo)與借鑒。

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